binatang adalah makhluk hidup yang hidup dan mati
Kamis, 14 Februari 2013
makalah fisika smk kls XI termodinamika
Makalah Fisika
Judul : Termodinamika
Penyusun :
1.Crystira A
2.Govinda Dwi K.S (18)
3.M.Zainuddin (26)
Kelas : XI TKJ 2
SMK NEGERI 1 PUNGGING
Tahun Ajaran 2012/2013
KATA PENGANTAR
Puji
syukur penulis penjatkan kehadirat Allah SWT, yang atas rahmat-Nya kami dapat
menyelesaikan Makalah yang berjudul “Termodinamika”.
Dalam
Penulisan Makalah ini kami merasa masih banyak kekurangan-kekurangan baik pada
teknis penulisan maupun materi, mengingat akan kemampuan yang kami miliki.
Untuk itu kritik dan saran dari semua pihak sangat kami harapkan demi
penyempurnaan pembuatan Karya Ilmiah Remaja ini.
Dalam
penulisan makalah ini kami menyampaikan ucapan terima kasih yang tak terhingga
kepada pihak-pihak yang membantu dalam menyelesaikan tugas PI ini, khususnya
kepada :
- Orang tua yang membantu kami waktu mengalami kesulitan dalam membuat Karya Ilmiah Remaja ini.
- Bu Nurul Mufidah selaku guru pembimbing kamiyang member kami petunjuk, sehingga kami termotivasi dan dapat menyelesaikan tugas ini.
Akhirnya
kami berharap semoga Allah memberikan imbalan yang setimpal pada semua yang
telah memberikan bantuan, dan dapat menjadikan semua bantuan ini sebagai
ibadah, Amiin Yaa Robbal ‘Alamiin.
DAFTAR
ISI
Kata
Pengantar.......................................................................... 1
Daftar
Isi................................................................................... 2
Materi :
1.Termodinamika..................................................................... 3
2.Siklus
Carnot.......................................................................... 7
3.Mikroskopis dan
makroskopis................................................. 10
Daftar
Pustaka............................................................................. 11
TERMODINAMIKA
Thermofisika adalah ilmu
pengetahuan yang mencakup semua cabang ilmu yang mempelajari dan menjelaskan sifat
zat dibawah penarah kalor atau pengaruh perubahan – perubahan yang
menyertainya.
Thermodinamika adalah suatu ilmu yang
mempelajari hubungan antara energi panas atau kalor dengan kerja mekanis, usaha
dan panas serta energi dan kalor yang mengangkut dan berkaitan dengan sifat –
sifat benda merupakan besaran yang kita kenal dengan besaran makroskopis
(besaran-besaran yang bisa diukur atau diamati.
Teori Kinetik zat adalah cabang dinamika membahas
hubungan antara gaya dan gerak.
Usaha Luar
Usaha luar dilakukan oleh sistem, jika kalor
ditambahkan (dipanaskan) atau kalor dikurangi (didinginkan) terhadap sistem.
Jika kalor diterapkan kepada gas yang menyebabkan perubahan volume gas, usaha
luar akan dilakukan oleh gas tersebut. Usaha yang dilakukan oleh gas ketika
volume berubah dari volume awal V1 menjadi volume akhir V2 pada
tekanan p konstan dinyatakan sebagai hasil kali tekanan dengan perubahan
volumenya.
W = pΔV= p(V2 – V1)
Secara umum,
usaha dapat dinyatakan sebagai integral tekanan terhadap perubahan volume yang
ditulis sebagai
Tekanan dan
volume dapat diplot dalam grafik p – V. jika perubahan tekanan
dan
volume gas
dinyatakan dalam bentuk grafik p – V, usaha yang dilakukan gas
merupakan luas daerah di bawah grafik p – V. hal ini sesuai
dengan operasi integral yang ekuivalen dengan luas daerah di bawah grafik.
Gas dikatakan melakukan usaha apabila volume gas
bertambah besar (atau mengembang) dan V2 > V1. sebaliknya, gas
dikatakan menerima usaha (atau usaha dilakukan terhadap gas) apabila volume gas
mengecil atau V2 < V1 dan usaha gas bernilai negatif.
Energi Dalam
Suatu gas yang berada dalam suhu tertentu dikatakan
memiliki energi dalam. Energi dalam gas berkaitan dengan suhu gas tersebut dan
merupakan sifat mikroskopik gas tersebut. Meskipun gas tidak melakukan atau
menerima usaha, gas tersebut dapat memiliki energi yang tidak tampak tetapi
terkandung dalam gas tersebut yang hanya dapat ditinjau secara mikroskopik.
Berdasarkan
teori kinetik gas, gas terdiri atas partikel-partikel yang berada dalam keadaan
gerak yang acak. Gerakan partikel ini disebabkan energi kinetik rata-rata dari
seluruh partikel yang bergerak. Energi kinetik ini berkaitan dengan suhu mutlak
gas. Jadi, energi dalam dapat ditinjau sebagai jumlah keseluruhan energi
kinetik dan potensial yang terkandung dan dimiliki oleh partikel-partikel di
dalam gas tersebut dalam skala mikroskopik. Dan, energi dalam gas sebanding
dengan suhu mutlak gas. Oleh karena itu, perubahan suhu gas akan menyebabkan
perubahan energi dalam gas. Secara matematis, perubahan energi dalam gas
dinyatakan sebagai untuk gas monoatomik.
Untuk gas diatonik
Dimana ΔU adalah perubahan
energi dalam gas, n adalah jumlah mol gas, R adalah konstanta
umum gas (R = 8,31 J mol−1 K−1, dan ΔT adalah perubahan
suhu gas (dalam kelvin).
Hukum I
Termodinamika
Jika kalor
diberikan kepada sistem, volume dan suhu sistem akan bertambah (sistem akan
terlihat mengembang dan bertambah panas). Sebaliknya, jika kalor diambil dari
sistem, volume dan suhu sistem akan berkurang (sistem tampak mengerut dan
terasa lebih dingin). Prinsip ini merupakan hukum alam yang penting dan salah
satu bentuk dari hukum kekekalan energi.
Q = W + ΔU
Dimana Q adalah kalor, W adalah usaha,
dan ΔU adalah perubahan energi dalam. Secara sederhana, hukum I termodinamika
dapat dinyatakan sebagai berikut.
Jika suatu benda (misalnya krupuk) dipanaskan (atau
digoreng) yang berarti diberi kalor Q, benda (krupuk) akan mengembang atau
bertambah volumenya yang berarti melakukan usaha W dan benda (krupuk) akan
bertambah panas (coba aja dipegang, pasti panas deh!) yang berarti mengalami perubahan energi dalam ΔU.
Proses Isotermik
Suatu sistem
dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi perubahan-perubahan di
dalam sistem
tersebut. Jika proses yang terjadi berlangsung dalam suhu konstan, proses ini
dinamakan proses
isotermik. Karena berlangsung dalam suhu konstan, tidak terjadi perubahan
energi dalam (ΔU = 0) dan berdasarkan hukum I termodinamika kalor yang
diberikan sama dengan usaha yang dilakukan sistem (Q = W). Proses isotermik dapat digam barkan dalam
grafik p – V di bawah ini. Usah a yang dilakukan sistem dan kalor
dapat dinyata kan sebagai Q = W = nRT 1n Dimana V2 dan V1
adalah volume akhir dan awal gas.
Proses Isokhorik
Jika gas melakukan proses termodinamika dalam volume yang konstan, gas
dikatakan melakukan proses isokhorik. Karena gas berada dalam volume konstan (ΔV = 0), gas tidak melakukan usaha (W = 0) dan kalor yang diberikan
sama dengan perubahan energi dalamnya. Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai
kalor gas pada volume konstan QV.
QV = ΔU
Proses Isobarik
Jika gas melakukan proses termodinamika dengan menjaga
tekanan tetap k onstan, gas dikatakan melakukan proses isobarik. Karena gas
berada dalam tekanan konstan, gas melakukan usaha (W = pΔV). Kalor di sini dapat di nyatakan sebagai kalor gas pada tekanan konstan
Qp. Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlaku
Qp = w +ΔU Sebelumnya telah dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama dengan
kalor yang diserap gas pada volume konstan
QV = ΔU
Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai
W = Qp − QV
Jadi, usaha yang dilakukan ol eh gas (W)
dapat dinyatakan sebagai selisih energi (kalor) yang diserap gas pada tekanan
kons tan (Qp) dengan energi (kalor) yang diserap gas
pada volume konstan (QV).
Proses Adiabatik
Dalam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk
(diserap) ataupun keluar (dilepaskan) oleh sistem (Q = 0). Dengan demik
ian, usaha yang dilakukan gas sama dengan perubahan energi dalamnya (W =
ΔU).
Jika suatu sistem berisi gas ya ng mula-mula
mempunyai tekanan dan volu me masing-masing p1 dan V1 mengalami
proses adi abatik sehingga tekanan dan volume gas beru bah menjadi p2
dan V2, usaha yang dilakukan gas dapat dinyatakan sebagai
W = (p1V1-p2-V2) Dimana γ adalah konstanta yang diperoleh perbandin
gan kapasitas kalor molar gas pada tekanan dan volume konstan dan mempunyai
nilai yang lebih besar dari 1 (γ
> 1).
Proses adiabatik
dapat digambarkan dalam grafik grafik p – V dengan bentuk kurva yang mirip dengan grafik p
– V pada pada proses isotermik namun dengan kelengkungan yang
lebih curam.
Hukum
kedua termodinamika
Melihat karakterisitk dari sebuah mesin
kalor, maka tidak ada sebuah mesin kalor yang dapat mengubah semua panas yang
diterima dan kemudian mengubahnya semua menjadi kerja. Keterbatasan tersebut
kemudian dibuat sebuah pernyataan oleh Kelvin-Plank yang berbunyi :
Adalah
tidak mungkin untuk sebuah alat/mesin yang beroperasi dalam sebuah siklus yang
menerima panas dari sebuah re servoir tunggal dan memproduksi sejumlah kerja
bersih.
Pernyataan Kelvin -Plank (hanya
diperuntuk untuk mesin
kalor) diatas dapat juga diartikan sebagai tidak ada sebuah mesin/alat yang bekerja
dalam
sebuah siklus menerima
panas dari reservoir
bertemperatur tinggi dan
mengubah panas tersebut seluruh menjadi kerja bersih. Atau dengan kata
lain tidak ada sebuah mesin kalor yang
mempunyai efisiensi 100%.
SIKLUS CARNOT
Sebelum membahas
siklus Carnot terlebih
dahulu perlu diketahui
istilah
reversibel dan irreversibel. Sebuah proses reversibel didefinisikan sebagai
sebuah proses yang dapat dibalik tanpa meningggal jejak pada lingkungan. Atau
dengan kata lain, sebuah proses yang jika dibalik akan melalui lintasan yang
sama --ingat pengertian panas dan kerja sebagai fungsi lintasan. Proses
irreversibel adalah kebalikan dari proses reversibel.
Siklus
Carnot adalah sebuah siklus reversibel, yang pertama kali dikemukakan oleh Sadi
Carnot pada tahun 1824, seorang insinyur Perancis. Mesin teoritis yang
menggunakan siklus Carnot disebut dengan Mesin Kalor Carnot. Siklus Carnot yang
dibalik dinamakan dengan siklus Carnot terbalik dan mesin yang menggunakan
siklus carnot terbalik
disebut dengan Mesin refrigerasi
Carnot
a) Siklus
|
Carnot
|
b) Siklus
refrigerasi Carnot
|
|
|
|
||
|
|
Gambar
5-4
|
|
Urutan proses
pada siklus Carnot adalah sebagai berikut :
1.
Ekspansi
isotermal reversibel.
2.
Ekspansi
adiabatis reversibel
3.
Kompresi
isotermal reversibel
4.
Kompresi
adiabatis reversibel
PRINSIP CARNOT
Hukum termo
kedua meletakkan pembatasan
pada operasi
peralatan siklus seperti yang
diekspresikan oleh Kelvin-Plank dan Clausius.
Sebuah mesin kalor tidak dapat
beroperasi dengan menukarkan panas
hanya dengan reservoir tunggal, dan
refrigerator tidak dapat beroperasi
tanpa adanya input
kerja dari sebuah sumber
luar.
MESIN KALOR CARNOT
Efisiensi termal
dari semua mesin
kalor reversibel atau
irreversibel dapat dituliskan sebagai berikut :
hth
|
= 1 -
|
QL
|
(5-11)
|
|
QH
|
|
|||
|
|
|
|
dimana
QH adalah panas yang ditransfer ke mesin kalor pada temperatur TH, dan QL
adalah panas yang diteransfer ke mesin kalor pada temperatur TL.
Hubungan
di atas adalah hubungan yang mengacu pada efisiensi Carnot, karena mesin kalor
Carnot adalah mesin reversibel yang baik. Perlu dicatat bahwa TL dan TH adalah
temperatur absolut. Penggunaan oC atau oF akan sering
menimbulkan kesalahan.
Efisiensi termal
dari suatu mesin kalor aktual dan reversibel yang beroperasi pada batas
temperatur yang sama adalah sebagai berikut
ì
|
<
|
h
|
|
ï
|
|
|
|
hth í
|
=
|
h
|
|
ï
|
>
|
h
|
|
î
|
|
mesin kalor
irreversibel
mesin
kalor revesibel
mesin
kalor impossible
Hampir semua mesin kalor mempunyai
efisiensi termal dibawah 40 persen, yang sebenarnya relatif rendah jika
dibandingkan dengan 100 persen. Tetapi bagaimanapun, ketika performance dari
mesin kalor diperoleh tidak harus dibandingkan dengan 100 persen, tetapi harus
dibandingkan dengan efisiensi sebuah mesin kalor reversibel yang beroperasi
diantara batas temperatur yang sama.
Kualitas
Energi
Sebuah mesin kalor Carnot jika menerima
panas dari sebuah sumber pada
temperatur 925 K dan mengubahnya 67,2 persen menjadi kerja, kemudian membuang sisanya (32,8 persent) ke si nk pada
303 K. Sekarang jika dievaluasi bagaimana efisiensi termal jika sumber temperatur bervairiasi
dengan temperatur sink dijaga konstan.
Jika suplai panas dari temperatur sumber 500 K (bandingkan dengan
925 K), maka efisiensi termal turun drastis menjadi dari 67,2 ke 39,4 persen.
Dan jika temperatur sumber
sebesar 350 K, maka fraksi panas yang dikonversi hanya 13,4 persen.
Harga efisiensi menunjukkan bahwa energi
mempunyai kualitas sama seperti mempunyai kunatitas. Semakin tinggi temperatur,
semakin tinggi kualitas energi.
Contoh misalnya, jumlah yang besar dari
energi matahari , jika disimpan dalam sebuah benda (body) yang disebut solar
pond akan mempunyai temperatur kurang lebih 350 K. Jika hal ini disuplaikan
ke sebuah mesin kalor , maka efisiensinya hanya kurang lebih 5 persen.
PANDANGAN
MAKROSKOPIS DAN MIKROSKOPIS
Pokok bahasan suhu dan kalor + Teori
kinetik gas saling berkaitan. Perbedaannya, dalam pokok bahasan suhu dan kalor
kita menganalisis keadaan suatu benda (termasuk gas) berdasarkan ukuran besar
alias sifat makroskopisnya. Sedangkan dalam pokok bahasan teori kinetik gas,
kita menganalisis keadaan suatu benda (terutama gas) berdasarkan ukuran kecil
alias sifat mikroskopisnya
Misalnya udara… Ketika kita mengatakan : udara panas sekali
(suhu udara tinggi), apa yang kita katakan mungkin hanya didasarkan pada hasil
pengukuran (kita mengukur suhu udara menggunakan termometer) atau apa yang
dirasakan tubuh. Kita tidak tahu apa yang terjadi dengan atom-atom atau
molekul-molekul penyusun udara, sehingga udara bisa panas. Jadi ketika kita
mengatakan udara panas sekali (suhu udara tinggi), sebenarnya kita hanya
meninjau udara berdasarkan sifat makroskopis saja. Apabila yang kita analisis
adalah massa, kecepatan, energi kinetik dan momentum atom-atom atau
molekul-molekul penyusun udara, maka kita dikatakan meninjau udara berdasarkan
sifat mikroskopis
sifat makroskopis zat gas bisa diukur secara langsung,
sedangkan sifat mikroskopis tidak bisa diukur secara langsung. Besaran-besaran
yang menyatakan sifat makroskopis zat gas adalah suhu alias temperatur, volume,
tekanan. Suhu udara bisa kita ukur menggunakan termometer. Volume udara juga
bisa kita ukur.
Daftar
Pustaka
file.upi.edu/.../Bab_VIII_Siklus_carnot_dan_reversibilitas.pdf
hikam.freevar.com/kuliah/termo/pdf_bab/thmd04.pdf
mesin.ub.ac.id/diktat_ajar/data/02_f_bab5_termo1.pdf
ocw.usu.ac.id/...termodinamika.../tkm_205_handout_hukum_termod...
rinisma5.files.wordpress.com/2010/06/lec-07.pdf
ocw.usu.ac.id/...termodinamika...i/tkm_205_handout_hukum_...
staff.uny.ac.id/sites/default/files/Termodinamika%20materi.pdf
file.upi.edu/.../Bab_VIII_Siklus_carnot_dan_reversibilitas.pdf
ebookbrowse.com/bab-viii-siklus-carnot-dan-reversibilitas-pdf-d265...
Langganan:
Postingan (Atom)